Свойства и область применения изобутана
Изобутан – это углеводород, относящийся к классу алканов и представляющий собой изомер нормального бутана.
При нормальных условиях изобутан является газообразным веществом. Если происходит увеличение количества углеводородных атомов в молекуле, то происходит переход к жидкому агрегатному состоянию, а затем к твердому. Он обладает невысокой степенью растворимости в воде, но хорошо растворяется в органических соединениях.
Общая химическая формула изобутана выглядит следующим образом - $(CH_3)_3CH$. Таким образом, изобутан не способен вступать в реакции присоединения. Для класса алканов характерно радикальное замещение. Так как изобутан обладает подвижным углеродным атомом, то замещение происходит гораздо быстрее, чем у бутана, имеющего нормальное строение.
Изобутан способен взаимодействовать с галогенами (бром, хром) под воздействием света. Это его свойство используется для получения одноатомных спиртов. Также изобутан востребован в качестве хладагента. Когда-то считалось, что изобутан оказывает негативное воздействие на озоновый слой, разрушая его целостность. Высокое октановое число изобутана делает возможным его использование в качестве специальной добавки к бензину. Он может применяться, как топливо для зажигалок, а также в парфюмерной промышленности и медицине. Изобутан также используется:
- При производстве вспененных полимерных материалов на основе полистирола, полиэтилена и т.п.
- При изготовлении монтажной пены.
- При производстве автомобильных эмалей, репеллентов, аэрозольных красок.
Производство изобутана
Изомеризация – это процесс превращения химического соединения в его изомер посредством перегруппировки атомов в молекуле вещества без изменения количественного и качественного состава.
Изобутан производится двумя основными способами:
- Изомеризация С5/С6.
- Изомеризация нормального бутана.
При первом способе сырьем для производства изобутана являются газовые бензины. Газовые бензины получают из природных нефтегазовых газов, газов крекинга и пиролиза, а также продуктов процесса стабилизации нефти. Разделение легких углеводородов осуществляется в специальных газофракционирующих установках. Схема разделения газового бензина в данных установках предусматривает его предварительный нагрев теплообменнике с последующей подачей в пропановую колонну. Из верхней его части отводятся пары пропана, затем конденсирующиеся в конденсаторе - холодильнике. Затем он отправляется в емкость орошения. Некоторая часть пропана возвращается в колонну, а избыток отводится в качестве готового продукта. Жидкость с нижней часть пропановой колонны, после завершения процесса предварительного нагрева, отправляется в следующую колонну, где из нее выделяется смесь бензина и бутанов. Таким же образом осуществляется разделение смеси бензина на гексан, изопентан и нормальный пентан. Чистота, получаемого данным способом изобутана составляет около 95 %. Если изобутан планируется использовать в качестве хладагента, то ему требуется дополнительная очистка.
Изобутан является очень востребованным сырьем. Поэтому для удовлетворения потребностей промышленности используется изобутан, который получают при изомеризации нормального бутана. Сырьем в данном случае являются не только н-бутан, но и смесь н-бутана и изобутана, которую иногда называют нефтяным бутаном. Используемый бутан не должен содержать в себе олефинов, так как они способны деактивировать катализаторы. Схема изомеризации бутана изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема изомеризации бутана. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 - колонна фракционирования сырья; 2 - реактор; 3 - испаритель; 4 - ректификационная колонна.
Бутаны направляются в колонну, в которой происходит их фракционирование. Здесь изобутан удаляется, а чистый бутан смешивается с определенным количеством хлорорганического соединения, выполняющего функцию промотора, и водорода. Затем смесь отправляется в реактор, в котором находится катализатор из платины. На данном катализаторе н-бутан превращается в изобутан. Поток, который выходит из реактора, на 60 % состоит из изобутана и на 40 % из н-бутана. В ректификационной колонне легкие фракции отделяются и направляются в топливную систему, а бутаны снова подаются в колонну фракционирования сырья, в которой н-бутаны отделяются и возвращаются в процесс. В результате данного процесса изомеризации изобутана получается больше, чем используется нормального бутана, что объясняется его плотностью. Такой способ изомеризации нормального бутана представляет собой ранний промышленный процесс. Получаемый на данной установке изобутан в дальнейшем может подвергаться алкилированию бутиленами, с целью получения изооктана.
